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1、,5.7 卫星移动通信技术,卫星移动通信系统的分类、特点和主要技术 静止轨道卫星移动通信系统 系统的组成 各类INMARSAT终端简介 INMARSAT卫星移动通信系统在我国的应用 中低轨道卫星移动通信系统 依(Iridium)系统 全球星(Globalstar)系统 小LOE系统Orbcomm,5.7.2 静止轨道卫星移动通信系统,在静止轨道卫星移动通信系统中，能够提供全球覆盖的有国际海事卫星(Inmarsat)系统，提供区域覆盖的有瑟拉亚卫星(Thuraya)系统，亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统，北美移动卫星(MSAT)系统，提供国内覆盖的有澳大利亚的MobileSat系统和日本卫星N-ST
2、AR等。,INMARSAT第一代于1982年投入使用，共租用9颗卫星，寿命至1995年。第二代于1990年投入使用，共4颗卫星，寿命到2002年。第三代卫星INMARSAT-3于1996年开始陆续发射使用，共有9颗卫星在轨运行，寿命至2013年。2005年INMARSAT开始发射第四代卫星，它用3颗大功率同步卫星覆盖全球。,发展过程,从1991年起，我国先后在北京建成各类海事地面站10座，直接覆盖印度洋和太平洋地区，并通过虚拟站间接覆盖大西洋东西区，构成全球覆盖。现在国内使用遍布国内各行各业，主要使用第三代，已有6000多个用户，但第四代用户目前还很少。,发展过程,系统的组成,INMARSAT
3、系统由船站、岸站、网络协调站和卫星等部分组成。下面简要介绍各部分的工作特点：,系统的组成,卫星:INMARSAT通信系统的空间段由四颗工作卫星和在轨道上等待随时启用的五颗备用卫星组成。这些卫星位于距离地球赤道上空约35700km的同步轨道上，轨道上卫星的运动与地球自转同步，即与地球表面保持相对固定位置。所有INMARSAT卫星受位于英国伦敦INMARSAT总部的卫星控制中心（NCC）控制，以保证每颗卫星的正常运行。,系统的组成,每颗卫星可覆盖地球表面约1/3面积，覆盖区内地球上的卫星终端的天线与所覆盖的卫星处于视距范围内。四个卫星覆盖区分别是大西洋东区、大西洋西区、太平洋区和印度洋区。目前使用
4、的是INMARSAT第三代卫星，它们拥有48dBW的全向辐射功率，比第二代卫星高出8倍，同时第三代卫星有一个全球波束转发器和五个点波束转发器。,系统的组成,由于点波束和双极化技术的引入，使得在第三代卫星上可以动态地进行功率和频带分配，从而大大提高了卫星信道资源的利用率。为了降低终端尺寸及发射电平，INMARSAT-3系统通过卫星的点波束系统进行通信。除南北纬75度以上的极地区域以外，四个卫星几乎可以覆盖全球所有的陆地区域。,Inmarsat 静止卫星的位置,Inmarsat 静止卫星的位置,系统的组成,岸站（CES）:CES是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有，并归它们经营。它既是卫星
5、系统与地面系统的接口，又是一个控制和接续中心。其主要功能为：(1)对从船舶或陆上来的呼叫进行分配并建立信道(2)信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理(3)船舶识别码的编排和核对(4)登记呼叫，产生计费信息,系统的组成,(5)遇难信息监收(6)卫星转发器频率偏差的补偿(7)通过卫星的自环测试(8)在多岸站运行时的网络控制功能(9)对船舶终端进行基本测试。每一海域至少有一个岸站具备上述功能。典型的CES抛物面天线直径为1114米，收发机采用双频段工作方式，C频段用于语音，L频段用于用户电报、数据和分配信道。,系统的组成,网路协调站（NCS）:网路协调站（NCS）是整个系统的一个
6、重要组成部分。在每个洋区至少有一个地球站兼作网络协调站，并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。大西洋区的NCS设在美国的Southbury，太平洋区的NCS设在日本的Ibaraki，印度洋区的NCS设在日本的Namaguchi。,系统的组成,船站（SES）:SES是设在船上的地球站。因此，SES的天线在跟踪卫星时，必须能够排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚、偏航所产生的影响；同时在体积上SES必须设计得小而轻，使其不致影响船的稳定性，在收发机带宽方面又要设计得有足够带宽，能提供各种通信业务。为此，对SES采取了以下技术措施：,系统的组成,(1)选用L频段(2)采用SCPC/F
7、DMA制式以及话路激活技术，以充分利用转发器带宽(3)卫星采用极子碗状阵列式天线，使全球波束的边缘地区亦有较强的场强(4)采用改善HPA（发送部分的高功放），来弥补因天线尺寸较小所造成天线增益不高的情况(5)L频段的各种波导分路和滤波设备，广泛采用表面声波器件（SAW）(6)采用四轴陀螺稳定系统来确保天线跟踪卫星。,INMARSAT,FAX/TEL,DATA,SES,CES,卫星船站的通信,系统的组成,SES根据Inmarsat业务的发展被分为A型站、B型站、M型站和C型站标准，1992l993年投入应用的B、M型站，采用了数字技术，它们最终将取代A型站和C型站。每个SES都有自己专用的号码，
8、通常SES由甲板上设备（ADE）和甲板下设备（BDE）两大部分组成。ADE包含天线、双工器和天线罩；BDE包含低噪声放大器、固体高功放等射频设备，以及天线控制设备和其它电子设备。射频部分也可装在ADE天线罩内。,总部,SCC,NCC,SAT,TT&C,NCSAOR.E,NCSAOR.W,NCSPOR,NCSIOR,CES,CES,CES,CES,SES,SES,SES,OCC操作控制中心,公共TDM,每个洋区内,最多设15个CES,INMARSAT系统组成结构图,卫星船站的通话特点,卫星通信的优点：1）覆盖面大，通信距离远。2)便于多址连接。3）机动灵活。4）频带宽，容量大。5）通信质量好，可
9、靠性高。6）通信成本与距离无关。卫星通信的缺点：1）有较大的信号延迟。2）需要先进的空间技术。3）卫星寿命短（3-10年）一般3-5年就需要发射新一代卫星。影响卫星通讯的质量主要原因有：大气噪声，太阳的黑子活动与电离层闪烁。,使用频率,INMARSAT采用L波段和C波段，INMARSAT二代使用的频带是：L波段：下行15301548MHz，上行1626.51649.5 MHz。C波段：下行36003623MHz，上行64256443 MHz。INMARSAT三代使用的频带是：L波段：下行15351542MHz，上行16361643 MHz。C波段：下行41924200MHz，上行6417644
10、2.5 MHz。,INMARSAT通信业务,卫星船站的通话特点,卫星船站内部不匹配，调谐不好。会出现通话干扰，通话噪音。卫星通话会出现延迟现象，主要原因是通信距离太远。单程0.27秒（MES-卫星-地面站）。卫星信号差，直接影响通话质量。在INMARSAT系统中，遇险通信时选择岸站转接到RCC的原则是：离呼叫船最近的岸站。日常通信的原则是：离用户最近的岸站。,各类INMARSAT终端简介B系统,B系统作为A系统下一代发展的通信系统,于1994年投入使用。该系统与A系统经过一段时间的兼容工作后,最终将在2005年以后,取代A系统独立运行。B系统完全采用数字技术,可以提供高质量的电话、电传、传真和
11、数据通信。在技术上,B系统与A系统是互不兼容的。B系统所使用的卫星、系统功能、适用范围及船站的环境条件,与A系统基本相同,完全符合IMO对GMDSS系统的遇险通信要求。B系统的船站天线,在尺寸和重量上,也与A系统相差无几。,各类INMARSAT终端简介,由空间段的INMARSAT静止卫星，网络系统站（NCS),地面站（LES)和移动站（MES)组成。NCS作用：（AOR/001美国,POR/013美国,IOR/005希腊)B系统工作在全球波束和宽点波束两种工作模式。(每个卫星覆盖包括1个全球波束优先等级1，19个宽点波束优先等级2，255个窄点波束优先等级3）NCS为MES分配可用的通信信道，
12、当移动站不再要求某个信道时，该信道便被释放，如需要，可分配给其他需要的移动站。LES:识别码由三位数字组成：例如，中国868 日本003 新加坡210 美国001等,各类INMARSAT终端简介,移动站（MES）每个移动站都被分配有自己专用的识别码和电传应答码。B站的识别码由9位数字组成，首位为3，2-4位为对应的国家或地区的海上识别MID码（中国为412或413）其余数字随机产生。如34138902.电传应答码由移动站识别码和随后的4个字符组成，如34138902 BPOR X.电传应答码的主要作用是：当其他电传终端呼叫本移动站时相互交换电传应答码以进行确认识别。也就是当接收到对方发送的“W
13、RU”时，本移动站会自动发送自己的电传应答码。,INMARSAT-C系统,由空间段的INMARSAT静止卫星，网络系统站（NCS),地面站（LES)和移动站（MES)组成。NCS作用：（AOR-E/144英国,AOR-W/044英国 POR/244新加坡,IOR/344希腊NCS除负责本区域的LES通信协调和管理外，每一个MES在开机或跨越洋区时，都要向其发出入网登记的信号。MES在空闲时，自动协调在NCS发出的TDM载波上，接收EGC信息。,INMARSAT-C系统,LES:是陆地网络和移动终端的网关，地面站提供与陆地的电传网络，海事遇险路由和PSTN/PSDN网络接口。来自MES的信息经卫
14、星转发到LES后，信息被储存处理，然后再经公众电传或数据网络发送到目的地。反之亦然。识别码由三位数字组成：例如，中国211POR/311(IOR)等,INMARSAT-C系统,移动站（MES）自识别码首位为4，其他基本与B站一样。移动站（MES）是由DCE(Data,Circuit Equipment数据线路控制单元）和 DTE（Data Terminal Equipment数据终端设备）两个单元组成。DCE是与卫星通信信道的接口，进行数据处理与转换，把要发射的数字信号变化为射频信号，把接收的射频信号转换成数字信号。目前，有单独的设置的DCE,也有直接接入卫星天线单元的。DTE提供人机接口，与
15、计算机相连完成电文编辑，打印等。,移动站（C站）自识别码构成,移动站（C站）自识别码由9位十进制数字构成。首位为4，2-4位为对应的国家或地区的海上识别MID码（中国为412或413）。其余5位数字前3位（5-7位）为船舶的识别，后两位为随机数。格式见P118.C站通信地址码的构成：1）向海上MES通信呼叫的地址码为：洋区码（3位）+MES编码（9位）如：582441234567（呼叫太平洋区域的船舶）2）向陆地用户通信呼叫的地址码为：国家码（3位）+用户电传码或E-MAIL地址。3）需要陆地特别业务服务通信呼叫的地址码：直接输入两位业务代码。,CES/LES,NCS,SES/MES,站际信令
16、信道,信令信道,信息信道,CESTDM信道,NCSTDM信道,信令信道,TDM信道/TDM Channel信令信道/Signaling Channel主要用于传送短信息。方向SES/MESNCS/CES/LES信息信道/Message Channel主要传送电传和数据信息。方向SES/MESCES/LES站际信令信道/Interstation Signaling Channel,C系统信道结构示意图,遇险通信,情况紧急时的操作：直接启动C站报警按键，发送信息到RCC.如果在遇险报警发射后5分钟内没有收到岸站或RCC收妥通知，就必须重新发射遇险报警。C站没入网或没PVT或设置EGC-ONLY状态
17、下。不影响遇险报警。时间许可情况下的操作按常规通信操作，但要选择遇险（DISTRESS)的通信级别。报警的内容：直接报警与编辑报警区别。,误报警的操作程序,误报警的处理：一旦发生误报警，应立即编辑电文，并设置通信等级为遇险等级，将信息及时发给船舶航行所在的洋区的RCC，并等待其信息收妥回执。或通过其他的GMDSS设备发送电文解除报警信息,同时向公司的主管部门报告。,INMARSAT-F,2002年，INMARSAT推出INMARSAT-F降低通信费用提高通话质量具备多媒体高速数据传输Internet网络传输同时又具有全球单一（不分洋区）网络接续号码功能,INMARSAT-F系统特点,INMAR
18、SAT-F系统为全球区域网络提供服务。可进行低成本的普通语言通信和高质量的语音通信。传真（G4），高速数据传输，提供ISDN和MPDS业务，实现通信网络的互联互通。F77终端是移动多媒体在海事领域的延伸。具有如下功能：1）设置4个通信级别：遇险，紧急，安全，常规，而且容许双向高级别的通信呼叫。2）可以工作在全球波束。3）可选的差分全球定位系统（DGPS)服务增强了GPS的定位功能。F55和F33是适用中小船舶的通信系统，与F77相比价格更便宜，但不具备遇险通信功能。三种性能比较见下页。,INMARSAT-F系统特点,终端设备可分为F77、F55、F33后面的数字表示终端天线尺寸F77用于大型船
19、舶，它具有INMARSAT-F的全部功能F55、F33是在游艇和渔船上使用，它没有语音报警功能。,遇险优先功能,F系统中的优先级别控制：语音通信高于数据通信。同类型通信级别：遇险紧急安全常规.同级别的通信：船舶发起的呼叫岸台发起的呼叫。优先化优先化指的是区分呼叫类型的能力,遇险优先功能,抢占它是抢占或中断语音/数据呼叫的能力两个方向上工作：船到岸和岸到船岸到船:允许管理机构可以预占船岸间信道以进行具有和遇难船或搜救机构优先呼叫。这就意味着它们间可以进行无缝连接。,INMARSAT-F系统的应用,1）导航2）天气预报3）常规，安全，紧急，遇险通信。4）船舶管理以及LAN的进入。5）互联网接入。6）船到船通信7）船员个人电话。8）G4传真9）电子邮件收发等,静止轨道卫星移动通信系统的优缺点,优点单颗卫星能够覆盖地球表面积的42.2%；相对地面静止，不存在切换；多普勒频移小；技术相对成熟简单、投资相对小、运行维护方便等。,静止轨道卫星移动通信系统的优缺点,缺点向高纬度地区用户提供手持机业务较困难；向特定地形和存在较多建筑物的城市区域提供业务困难；支持手持机所需的卫星较大，技术复杂、发射困难，风险较大；只有一颗卫星，一旦受干扰或者发生故障，整个系统就会瘫痪；两极附近有盲区；发生日凌中断和星蚀现象时系统会中断,
